專利名稱：氣舉球氣舉采油井下管柱結構及其設計方法
技術領域：
本發明涉及一種氣舉球氣舉采油井下管柱結構及其設計方法。
申請人于90年7月12日申請了一件名為“一種氣舉采油裝置”的專利申請，并獲得專利權，專利號為90209934.5，這種氣舉采油裝置是由常規的氣舉采油裝置加上專用的球控機構組合而成，通過在送氣管內定時定量的投放氣舉球，使得舉升管內形成氣柱與氣舉球相間的段塞流，使氣體的能量得到很好的發揮，減少注氣比，增大采油深度，提高氣舉效率。此后申請人于94年5月13日對上述專利又進行了改進，申請了一件名為“一種多功能球控裝置”的專利申請，并獲得專利權，專利號為94211885.5。
以后申請人對氣舉球氣舉采油球控裝置再一次進行了改進，申請人于1997年6月26日申請了一件名為“氣舉球氣舉采油球控裝置及其采油方法”的專利申請，并獲得專利權，專利號為97112568.6。該裝置是在一油氣球分離器的殼體上設有低壓氣出口、油氣球人口、油輸出口，在殼體內設有與油氣球人口相通的螺旋管，螺旋管的上方設有分離傘、下方設有濾網。在濾網的下面設有發球閥，閥體上有進球通孔、低壓通氣孔；高壓進氣通孔、高壓出氣通孔，閥芯上有通過轉動或滑動接通上述兩對孔的通氣道。通過發球閥可連續向氣送管供氣供球。該裝置氣舉效率高，節省用氣量，構造簡單，易于實施，使安全性、工作可靠性得到保證。在此之前，申請人于1997年5月8日申請了一件名為“氣舉球氣舉采油井下三匯”的專利申請，并獲得專利權，專利號為97216494.4。該井下三匯包括有送氣管接頭、舉升管接頭、尾管接頭。送氣管接頭、舉升管接頭通過180度彎頭連接為一整體，該180度彎頭上開有流通口，并與尾管接頭相通。使用時，該三匯的接頭與所對應的舉升管，送氣球油管、尾管相接，構成氣舉球氣舉采油井下管柱結構，該井下管柱結構與上述氣舉球氣舉采油球控裝置組合在一起，可以進行氣舉球氣舉采油。
目前，國內外常用的單管連續氣舉采油裝置，以及美國五十年代初研制的飛球泵氣舉采油裝置的井下管柱結構，以及前述申請所提出的氣舉球氣舉采油井下管柱結構，在采用上述各井下管柱結構進行氣舉采油時，由于注氣點均沉沒于油井靜液面以下很深的深處，氣舉采油的啟動壓力都很高。單管連續氣舉采油的啟動壓力略為氣舉球氣舉采油的啟動壓力的3倍，飛球泵氣舉采油的啟動壓力略為氣舉球氣舉采油啟動壓力的2倍。因此，單管連續氣舉采油裝置、以及美國飛球泵氣舉采油裝置的井下管柱結構，由于啟動壓力高，所以一口油井必須采用數支甚至十支以上的氣舉閥來降低啟動壓力。這樣的管柱結構存在的問題是井下管柱成本高；起下管柱難度大，作業費用高；生產中精密的氣舉閥易出故障而造成低效的多點注氣或油井停產。生產測試頻繁，管理成本高。申請人所提出的氣舉球氣舉采油井下管柱結構，雖然啟動壓力低于單管連續氣舉采油裝置、飛球泵氣舉采油裝置的井下管柱結構，但啟動壓力仍很高，也需要使用若干支氣舉閥，也同樣存在井下管柱成本高，起下管柱難度大、作業費用高等問題。
本發明的目的是實現一種氣舉球氣舉采油井下管柱結構及其設計方法。該井下管柱結構及其設計方法可以使得在相同的井口啟動注氣壓力下，注氣點的深度大幅度增加。可以實現氣舉井的正常啟動，大幅度地降低了管柱成本和作業費用，根本上避免了多點注氣，達到油井長期穩定生產。
為實現上述目的，本發明采取以下設計方案這種氣舉球氣舉采油井下管柱結構包括有送氣球油管、舉升油管、尾管，并由井下三匯連接為一體，在舉升油管和送氣球油管之間連通有筒體，筒體內設有單流閥，其單流方向為舉升油管流到供氣球油管。在該氣舉球氣舉采油井下管柱結構沒有采用傳統的氣舉閥，而在管柱上安裝一只外徑很小的單流閥就可以實現氣舉井的正常啟動。而且在相同的井口啟動注氣壓力下，注氣點的深度大幅度增加。大幅度地降低了管柱成本，起下管柱難度大為減小，作業費用低，根本上解決了多點注氣，達到油井長期穩定生產。
在所述氣舉球氣舉采油井下管柱結構中，所述筒體上安裝有伸縮短節。
上述氣舉球氣舉采油井下管柱結構通過下述步驟設計(1)假設采用所述氣舉球氣舉采油井下管柱結構及套管進行氣舉采油，并假設壓井液面在井口的狀態下，(2)假設先從套管和舉升油管同時注氣，使液體從送氣球油管向地面輸油管排液，第一次排液結束，此時，環空液面下降到L1’位置，其中，L1’是通過下述公式用試湊法或作圖法得出，L1'=PKOLf'-Pw‾hGs]]>PKOL1'=Pkoe0.3813×10-4rgLf']]>式中，L1’為第一次排液結束時環空液面下降位置，單位為英尺， 為環空液面L1’處的啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，PKO為井口處啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，Pwh為井口出油管油壓力，單位為磅/英寸2，Gs為壓井液梯度，單位為磅/英寸2/英尺，rg為天然氣比重，無因次，e-自然對數的底等于2.71828，(3)計算第一次氣舉排液體積V1及第一次排液結束時，折算為井內液面齊平的深度L1，其中第一次氣舉排液體積V1是通過下述公式得出的V1=π4(D'2-2d''2+d'2)L1']]>式中，V1為第一次氣舉排液體積，單位為英尺3，D’為油層套管內徑，單位為英尺，d’為舉升管或送氣球管的內徑，單位為英尺，d”為舉升管或送氣球管的外徑，單位為英尺，L1’的意義如前所述，第一次氣舉排液結束時，折算為井內液面齊平的深度L1，是通過下述公式得出的L1=V1π4(D'2-2d''2+2d'2)]]>(4)假設在舉升油管和送氣油管之間安裝筒體，筒體內設有單流閥，單流閥的單流方向為由舉升油管到供氣球油管，單流閥的位置在液面L1以下的深度hs1，hs1是通過下述公式用試湊法得出hs1=144(PKOL2'-Pw‾h)ρL(1+d'2D'2-2d''2+d'2)]]>PKOL2'=Pkoe0.3813×10-4rg(L1+hs1)]]>式中，hs1為單流閥安裝在液面L1以下的深度，單位為英尺，
PKOL2’為單流閥深度L2’處的啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，ρL為壓井液的重度，單位為磅/英尺3，Pwh、D’、d’、d”的意義如前所述，這樣，得到單流閥的安裝深度為L2’，L2’＝L1+hs1，單位為英尺，(5)假設套管停止注氣，并向地面輸油管第一次控制排氣降壓，舉升油管繼續注氣，待舉升油管液面下降到單流閥處，開始第二次氣舉排液，待送氣球油管排液流量明顯減小時，套管開始第二次注氣，第二次排液結束，環空液面下降到L2”位置，L2”是通過下述公式得出，L2”＝L1+hs1+h1其中，h1為第二次排液結束時，井內環空液面比單流閥低的距離，h1是通過下述公式用試湊法得出，144PKOL”2＝ρLh1+144PfL’2PKOL''2=PKOe0.3813×10-4rg(L2'+h1)]]>式中，PKOL”2為第二次排液結束時，井內環空液面L2”處的啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，PfL2’為第二次排液結束時，送氣球油管在單流閥處的油管流壓，查多相垂直管流壓曲線可得，ρL的意義如前所述，(6)計算第二次排液結束時，環空液面L2”以上油管內流體體積V2，并設供氣球管全為液體充滿，V2通過下述公式得出，V2=(L2'+2h1)π4d'2]]>式中，V2為第二次排液結束時，環空液面L2”以上油管內液體體積，單位為英尺3，L2’、h1、d’的意義如前所述，(7)再通過V2計算出液體體積V2所占井筒儲液高度h2，h2通過下述公式得出，h2=V2π4(D'2-2d''2+2d'2)]]>
式中，h2為V2液體體積占井筒儲液高度，單位為英尺V2、D’、d’、d”的意義如前所述，(8)折算第二次排液結束時的井內齊平液面的深度L2，并通過下述公式得出L2＝L2”-h2L2為第二次排液結束時，折算井內齊平液面深度L2，單位為英尺，L2”、h2的意義如前所述，(9)確定井下三匯的安裝深度，井下三匯安裝在液面L2以下的深度hs2，hs2通過下述公式用試湊法得出，hs2=144(PKOL3-Pw‾h)ρL(1+d'2D'2-2d''2+d'2)]]>PKOL3=Pkoe0.3813×10-4rg(L2+hs2)]]>式中，hs2為井下三匯安裝在液面L2以下的深度，單位為英尺，PKOL3為井下三匯處啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，Pwh、ρL、d’、D’、d”、rg、L2的意義如前所述，這樣即計算出井下三匯安裝深度為L3，L3＝L2+hs2，單位為英尺。
通過上述設計方法可以計算出單流閥和井下三匯安裝在距井口以下的深度L2’和L3，以確定單流閥和井下三匯在管柱上的位置，以配裝管柱。在使用本發明的氣舉球氣舉采油井下管柱結構進行啟動操作采油時，所使用的啟動操作方法是采用三次排液、二次排氣降壓的方法。前述設計方法中，第一、二次排液和第一次排氣降壓的方法步驟不是憑空假設的，而是根據實際啟動操作方法，是按照實際啟動操作方法中第一、二次排液和第一次排氣降壓方法步驟而設計出來的，其過程是完全一樣的，作為設計方法計算出單流閥和井下三匯在管柱上的位置，就達到了目的。而作為實際啟動操作方法還要將啟動操作過渡到正常氣舉采油生產，因此，在實際啟動操作方法中除了包括第一、二次排液和第一次排氣降壓外，而還包括第二次排氣降壓、第三次排液步驟待第二次排液結束時，先改為送氣球油管注氣，待壓力上升到最大值時，再倒為套管和舉升油管向地面輸油管控制排氣降壓，待壓力降到最小時，再改為舉升油管不用控制排液，此時單流閥關閉，待送氣球油管內液面下降到井下三匯時，氣體進入舉升油管，開始第三次氣舉排液，待舉升油管井口排液正常時，球控裝置開始發球，使舉升油管內流壓梯度進一步降低，待降低到設計的注氣量要求的流壓梯度時，油井轉入正常氣舉球氣舉采油。
本發明的設計方法中的設計計算并未考慮舉通排液時所需消耗的流動磨擦阻力，同時也未考慮實際壓井液密度與設計值有誤差等，所以按上述設計的L1、L2、L3為理想的最大值，在實際使用時，還要進行調整，調整方法有三個即(1)實際生產中實際使用的井口啟動注氣壓力比設計值高10％左右。(2)按上述設計的L1、L2、L3減去其10％左右為其使用值。(3)上述設計公式中不考慮天然氣比重rg對井啟動注氣壓力PKO的影響，并取第二次排液結束時井內折算齊平液面在單流閥處設計。以上三種方法結合油田具體情況擬定，只取其一種。
在壓井液面在井口的情況下，是采用上述的設計方法和啟動操作方法，當壓井液不在井口，而在上述L1液面以上時，則仍按壓井液面在井口的情況下的設計方法設計井下管柱結構。
當壓井液面不在井口，而在上述液面L1以下的情況下，此時則把壓井液面的深度定義為L1，按壓井液面在井口的情況下的設計方法中的步驟(3)一步驟(9)進行設計井下管柱結構。
當壓井液面很低，而井口啟動注氣壓力允許的情況下，井下管柱結構中可不安裝單流閥，即不采用上述三次排液掏空方法，而采用一次排液掏空后，轉入正常氣舉采油。
當壓井液面在井口、油井生產壓差要求不高，且井口啟動注氣壓力允許的情況下，可以不安裝單流閥，采用二次排液或一次排液啟動后，轉入正常氣舉球采油。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1為氣舉球氣舉采油井下管柱結構及設計示意2為單流閥的結構示意圖實施例1本實施例的已知數據取自[美]·K·E布朗主編的“升舉法采油工藝”卷二〔上〕第326頁例。
已知油層套管為5又1/2英寸；油管外徑2又7/8英寸；rg＝0.7；油井充滿壓井液，Gs＝0.4磅/英寸2/英尺；油氣比＝400標準英尺3/桶；油井產水率＝50％；氣液比＝200標準英尺3/桶；PR＝1920磅/英寸2；原油重度＝35°API；飽和壓力Pb＝1520磅/英寸2；PI＝5(到Pb之前為線性變化)；Pwh＝120磅/英寸2(表壓)(不變)；Pso＝900磅/英寸(現有950)；Pko＝1000磅/英寸2(現有1050)；深度＝8000英尺；要求的產量＝最高產量；井底溫度＝170°F；地溫梯度＝1.2°F/1000英尺；(地面溫度＝109°F)。
采用本發明的設計方法，用上述已知數據設計氣舉球采油井下管柱結構，并說明氣舉排液的啟動方法。
選用API平式1.66英寸油管作為舉升管和送氣球油管，D’＝0.3892英尺；d’＝0.1152英尺；d”＝0.1384英尺。
(1)假設先從套管和舉升油管同時注氣，送氣球油管向地面輸油排液，①計算第一次排液結束時，環空液面下降的位置L1’通過公式L1'=PKOL1'-Pw‾hGs]]>PKOL1'=Pkoe0.3813×10-4rgL1']]>將已知數代入上述二式，并用試湊法解得L1’＝2350英尺。
②計算從送氣球油管排出壓井液體積， ③第一次排液結束時，折算井內齊平液面的深度， (2)計算單流閥在舉升管和送氣球油管間的安裝位置，單流閥安裝在液面L1以下的深度hs1，通過公式hs1=(PKOL2'-Pw‾h)×144ρL(1+d'2D'2-2d''2+d'2)]]>PKOL2'=Pkoe0.3813×10-4rg(L1+hs1)]]>將已知數代入上述二式，并用試湊法解得hs1＝2270英尺。
單流閥安裝在距井口以下深度L2’＝L1+hs1＝4397.1英尺，并假設在此位置上安裝單流閥，單流閥單流方向為由舉升油管到供氣球油管。
(3)假設套管停止注氣，并向地面輸油管第一次控制排氣降壓，舉升油管繼續注氣，待舉升油管液面下降到單流閥時，開始第二次氣舉排液，待送氣球油管排液流量明顯減小時，套管開始第二次注氣，其目的是增加此次排液的開筒掏空度。
①計算套管第二次注氣供氣球油管第二次排液結束時，井內環空液面的位置L2”，設環空液面比單流閥低h1，由連通管壓力平衡得144PKOL2”＝ρLh1+PfL2’×144PKOL2''=PKOe0.3813×10-4rg(L2'+h1)]]>其中，PfL2’為第二次排液結束時，送氣球油管在單流閥處的油管流壓，參見布朗主編的《升舉法采油工藝》卷二(上)第654頁垂直流壓梯度曲線，得PfL2’＝640磅/英寸2，將已知數代入上述二式，并用試湊法解得h1＝1310英尺。
②第二次排液結束時，環空液面的深度L2”＝L2’+h1＝5707.1英尺。
③計算第二次排液結束時環空液面L2”以上油管內液體體積，(設供氣球油管內全為液體充滿)， ④計算V2液體體積占井筒儲液高度 ⑤第二次排液結束時，折算井內齊平液面深度L2
L2＝L2”-h2＝5040.5英尺(4)與單流閥同理，井下三匯安裝在液面L2以下的深度hs2，通過下述計算hs2hs2=144(PKOL3-Pw‾h)ρL(1+d'2D'2-2d''2+d'2)]]>PKOL3=Pkoe0.3813×10-4rg(L2+hs2)]]>將已知數代入上述二式，并用試湊法解得hs2＝2493英尺計算井下三匯安裝在距井口以下的深度L3L3＝L2+hs2＝7533.5英尺考慮到消耗的流動磨擦阻力及實際壓井液密度與設計值有誤差等，對所得到的單流閥安裝在距井口以下深度L2’及井下三匯安裝在距井口以下深度L3進行調整。即L2’的使用值＝4397.1英尺-(4397.1英尺×10％)＝3957.4英尺L3的使用值＝7533.5英尺-(7533.5英尺×10％)＝6780.2英尺所得到的三匯的深度L3(使用值)即為不考慮油井配產時的注氣點。在考慮油井配產時，可通過下述井下管柱結構設計方法設計注氣點(1)在L-P座標圖中畫出注氣點以下的流壓梯度曲線，可用查圖法和計算法求得。
(2)在L-P座標圖中畫出注氣點以上的氣舉球氣舉采油的工作流壓梯度曲線，并按未有滑脫引起的液體滯留量多相管流壓梯度公式計算。
(3)上述兩條曲線的交點即為注氣點。
采用本發明設計方法所計算出的注氣點(即井下三匯)和考慮油井配產時的注氣點的深點是否基本一致，若基本一致為合格。若不合格時，根據現場油井情況，調整油井配產或調整啟動注氣壓力直到合格時為止。
如圖1所示，在井中將尾管8、舉升油管2、送氣球油管3通過井下三匯7配裝在一起，其中井下三匯7距井口以下的深度L3(使用值)是通過前述計算得出的。在舉升油管2和送氣球油管3之間安裝筒體，筒體內設有單流閥5，其單流方向為由舉升油管2流到送氣球油管3。單流閥5距井口以下的深度L2’(使用值)是通過前述計算得出的。筒體、單流閥如圖2所示，筒體15是由一根豎管的兩端各接一根橫管所構成。兩根橫管分別接舉升管、送氣球管。單流閥由閥體10、閥座11、閥球12、閥罩13等組成，單流閥的筒體上還接有伸縮短節14，流體只能由下往上流，而不能從上往下流，是石油化工業中的常規產品。如圖1所示，在送氣球油管上配裝有伸縮短節6。在井中的舉升油管2、送氣球油管3、尾管8外安裝有油層套管1、油層套管1并伸入到油層9中。所有的管柱的實際的組配及起下操作按現有關章程執行。
在氣舉球氣舉采油井啟動操作前，先檢查地面流程、設備、儀表是否完好，能提供的注氣壓力和注氣量能否符合設計要求，然后按下述方法步驟進行。本實施例中的壓井液面4在井口。
(1)先把流程倒為套管1和舉升油管2同時注氣，送氣球油管3向地面輸油管排液，直至井口未有液體排出，第一次排液結束，此時，環空液面下降到L1’位置，折算井內齊平液面的深度為L1。
(2)把流程倒為套管1停止注氣，并向地面輸油管第一次控制排氣降壓，在排氣降壓過程中，是按油田實際情況控制降壓速度，以防油層出砂，舉升油管2繼續注氣，待舉升油管液面下降到單流閥5時，開始第二次氣舉排液，通過計量儀表觀察油井第二次排液情況，待送氣球油管排液流量明顯減小時，再改套管第二次注氣，直到第二次排液結束。此時，環空液面下降到L2”位置，折算井內齊平液面的深度為L2。
(3)待第二次排液結束時，先改為送氣球油管3注氣，待壓力上升到最大時，再倒為套管1和舉升油管2均向地面輸油管控制排氣降壓，待壓力降到最小時，再改為舉升油管2不用控制排液，此時單流閥5關閉，待送氣球油管2內液面下降到井下三匯7時，氣體進入舉升油管開始第三次氣舉排液，待舉升油管2井口排液正常時，倒流程啟動球控制裝置發球，使舉升油管2內流壓梯度進一步降低，待降低到設計的注氣量要求的流壓梯度時，油井轉入正常氣舉采油。記錄發球前后的井口壓力、注氣量、產氣量、產液量，以對比氣舉球氣舉采油的優點和是否達到設計要求。
比較例1單管連續氣舉的管柱結構設計及排液啟動方法。
見[美]K·E布朗主編的《升舉法采油工藝》卷二(上)第330頁，氣舉閥的分布如表1。氣舉閥級數1 2 3 4 5 6 7 8下入深度英尺 2350 3350 4150 4750 5250 5650 5800 5900氣舉閥分布的設計方法及排液啟動方法見該書。
飛球泵氣舉采油的氣舉閥分布與上基本相同。
從本比較例知，氣舉球氣舉采油井下管柱設計的注氣點深度7533.5英尺，設扣去10％，還有6780.2英尺，比上述用氣舉閥的注氣點5900英尺還多880.2英尺。由于注氣點深度大，又由于井筒流梯小，所以氣舉球氣舉采油油井產量是高的。
比較例2對比單管連續氣舉和雙管氣舉球氣舉的開筒流梯值(或Δh值)，見[美]K·E布朗主編的《升舉法采油工藝》卷一第416頁例。
已知d＝1.995英寸；P1＝500磅/英寸2；P2＝1000磅/英寸2；Pa＝14.7磅/英寸2；T1＝120°F；T2＝150°F；rg＝0.65；Yw＝1.07；Q0＝400桶/天；Qw＝600桶/天；ρ0＝220API；μ0＝按與API重度的相關式求出；μg＝0.018厘泊(恒定)；δ0＝30達因/厘米；δw＝70達因/厘米；GLR＝500標準英尺3/庫存桶。
要求確定從500到1000磅/英寸2壓力點之間的距離，解對比該書上考慮因滑脫引起的液體滯留量各種方法和申請人的方法計算出的Δh值如下表2(申請人的方法消除了滑脫引起的液體滯留量)
從表2中數據說明，本發明的氣舉球氣舉采油由于消去了滑脫損失，所以舉升高度Δh最高，說明該方法適用深井低液面井能力強。
本發明的氣舉球氣舉采油井下管柱結構要求1、雙管管徑的選擇應選擇最不利的節箍外徑，并留足夠間隙，例AP1套管5又1/2”的D’＝118.6-127.3mm，內可下兩根API平式1.66英寸油管，節箍外徑52.2mm，當兩節箍齊平時與套管的間隙δ＝14.2-22.9mm，由上述δ值，應該下得去，同時還有安裝單流閥足夠空間。
2、尾管的選擇尾管的管徑一般同于雙管管徑，長度下到油層中部或距油層一定距離，但尾管至少有一定長度，以防止氣舉時注入氣竄入環形空間。
3、單流閥的設計應盡所能小，開關可靠。單流閥筒體上接伸縮短節是防止雙管起下過程中，管柱上下錯動而被拉斷。
4、井下三匯設計時應考慮足夠強度，即承受最大注氣壓力和起下管柱不損壞，裝卸方便，通徑必須與雙管相同，不卡球，尾管入口處應有濾網，但盡量減小流動阻力。
5、伸縮短節(安裝靠近三匯處)除一般要求外，還要求通徑與舉升管相同6、套管要求檢查允許掏空度，通徑和損壞情況。
采用本發明的氣舉球氣舉井下管柱結構及其設計方法完善了氣舉球氣舉采油的方法，使得在相同的井口啟動注氣壓力下，注氣點的深度大幅度增加，并且大幅度地降低了管柱成本，起下管柱難度大為減小，作業費用低，根本上解決了多點注氣，達到油井長期穩定生產。
權利要求
1.一種氣舉球氣舉采油井下管柱結構，該管柱結構包括有送氣球油管、舉升油管、尾管，并由井下三匯連接為一體，其特征在于在舉升油管和送氣球油管之間連通有筒體，筒體內設有單流閥，其單流方向為舉升油管流到供氣球油管。
2.根據權利要求1所述的氣舉采油井下管柱結構，其特征在于所述筒體上安裝有伸縮短節。
3.一種權利要求1或2所述的氣舉球氣舉采油井下管柱結構的設計方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)假設采用所述氣舉球氣舉采油井下管柱結構及套管進行氣舉采油，并假設壓井液面在井口的狀態下，(2)假設先從套管和舉升油管同時注氣，使液體從送氣球油管向地面輸油管排液，第一次排液結束，此時，環空液面下降到L1’位置，其中，L1’是通過下述公式用試湊法或作圖法得出，L1'=PKOL1'-Pw‾hGs]]>PKOL1'=Pkoe0.3818×10-4rgL1']]>式中，L1’為第一次排液結束時環空液面下降位置，單位為英尺，PKOL1’為環空液面L1’處的啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，PKO為井口處啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，Pwh為井口出油管油壓力，單位為磅/英寸2，Gs為壓井液梯度，單位為磅/英寸2/英尺，rg為天然氣比重，無因次，e-自然對數的底等于2.71828，(3)計算第一次氣舉排液體積V1及第一次排液結束時，折算為井內液面齊平的深度L1，其中第一次氣舉排液體積V1是通過下述公式得出的V1=π4(D'2-2d''2+d'2)L1']]>式中，V1為第一次氣舉排液體積，單位為英尺3，D’為油層套管內徑，單位為英尺，d’為舉升管或送氣球管的內徑，單位為英尺，d”為舉升管或送氣球管的外徑，單位為英尺，L1’的意義如前所述，第一次氣舉排液結束時，折算為井內液面齊平的深度L1，是通過下述公式得出的L1=V1π4(D'2-2d''2+2d'2)]]>(4)假設在舉升油管和送氣油管之間安裝筒體，筒體內設有單流閥，單流閥的單流方向為由舉升油管到供氣球油管，單流閥的位置在液面L1以下的深度hs1，hs1是通過下述公式用試湊法得出hs1=144(PKOL2'-Pw‾h)ρL(1+d'2D'2+2d''2+d'2)]]>PKOL2'=Pkoe0.3813×10-4rg(L1+hs1)]]>式中，hs1為單流閥安裝在液面L1以下的深度，單位為英尺，PKOL2’為單流閥深度L2’處的啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，ρL為壓井液的重度，單位為磅/英尺3，Pwh、D’、d’、d”的意義如前所述，這樣，得到單流閥的安裝深度為L2’，L2’＝L1+hs1，單位為英尺，(5)假設套管停止注氣，并向地面輸油管第一次控制排氣降壓，舉升油管繼續注氣，待舉升油管液面下降到單流閥處，開始第二次氣舉排液，待送氣球油管排液流量明顯減小時，套管開始第二次注氣，第二次排液結束，環空液面下降到L2”位置，L2”是通過下述公式得出，L2”＝L1+hs1+h1其中，h1為第二次排液結束時，井內環空液面比單流閥低的距離，h1是通過下述公式用試湊法得出，144 PKOL”2＝ρLh1+144PfL2’PKOL''2=PKOe0.3813×10-4rg(L2'+h1)]]>式中，PKOL”2為第二次排液結束時，井內環空液面L2”處的啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，PfL2’為第二次排液結束時，送氣球油管在單流閥處的油管流壓，查多相垂直管流壓曲線可得，ρL的意義如前所述，(6)計算第二次排液結束時，環空液面L2”以上油管內流體體積V2，并設供氣球管全為液體充滿，V2通過下述公式得出，V2=(L2'+2h1)π4d'2]]>式中，V2為第二次排液結束時，環空液面L2”以上油管內液體體積，單位為英尺3，L2’、h1、d’的意義如前所述，(7)再通過V2計算出液體體積V2所占井筒儲液高度h2，h2通過下述公式得出，h2=V2π4(D'2-2d''2+2d'2)]]>式中，h2為V2液體體積占井筒儲液高度，單位為英尺V2、D’、d’、d”的意義如前所述，(8)折算第二次排液結束時的井內齊平液面的深度L2，并通過下述公式得出L2＝L2”-h2L2為第二次排液結束時，折算井內齊平液面深度L2，單位為英尺，L2”、h2的意義如前所述，(9)確定井下三匯的安裝深度，井下三匯安裝在液面L2以下的深度hs2，hs2通過下述公式用試湊法得出，hs2=144(PKOL3-Pw‾h)ρL(1+d'2D'2-2d''2+d'2)]]>PKOL3=Pkoe0.3813×10-4rg(L2+hs2)]]>式中，hs2為井下三匯安裝在液面L2以下的深度，單位為英尺，PKOL3為井下三匯處啟動注氣壓力，單位為磅/英寸2，Pwh、ρL、d’、D’、d”、rg、L2的意義如前所述，這樣即計算出井下三匯安裝深度為L3，L3＝L2+hs2，單位為英尺。
4.根據權利要求3所述的設計方法，其特征在于假設壓井液面在上述L1液面以上時，則按照權利要求2中的步驟(2)-(9)設計井下管柱結構。
5.根據權利要求3所述的設計方法，其特征在于假設壓井液面在上述L1液面以下時，則把壓井液面的深度定義為L1，并按照權利要求2中的步驟(3)-(9)設計井下管柱結構。
全文摘要
一種氣舉球氣舉采油井下管柱結構及其設計方法，該管柱結構包括有送氣球油管、舉升油管、尾管，并由井下三匯連接為一體，在舉升油管和送氣球油管之間連接有筒體，筒體內設有單流閥，其單流方向為舉升油管流到供氣球油管。該設計方法是根據三次排液、二次排氣降壓的啟動操作方法而設計出來的。該管柱結構及其設計方法使得在相同的井口啟動注氣壓力下，注氣點的深度大幅度增加。
文檔編號E21B17/00GK1393632SQ0111577
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月25日 優先權日2001年6月25日
發明者伍成林 申請人:伍成林